[发明专利]一种高灵敏度低噪声加速度检测装置及方法有效
申请号: | 202010640391.9 | 申请日: | 2020-07-06 |
公开(公告)号: | CN111579818B | 公开(公告)日: | 2021-09-28 |
发明(设计)人: | 王东方;郑路伟;苑文楼 | 申请(专利权)人: | 吉林大学 |
主分类号: | G01P15/097 | 分类号: | G01P15/097 |
代理公司: | 长春吉大专利代理有限责任公司 22201 | 代理人: | 郭佳宁 |
地址: | 130012 吉林省长春市*** | 国省代码: | 吉林;22 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 灵敏度 噪声 加速度 检测 装置 方法 | ||
本发明属于加速度测量技术领域,具体涉及一种高灵敏度低噪声加速度检测装置及方法;其中加速度检测装置包括底板、保护外壳、磁屏蔽罩、平行梁振子、主永磁铁、隧道磁电阻传感元件、磁场调制部分、平行梁振子、负反馈永磁铁、负反馈线圈、支撑体和负反馈线圈支撑;是通过梁并联实现高灵敏度、利用磁场高频调制方法实现低1/f噪声和引入电磁力负反馈宽化检测范围的加速度检测装置及方法,能够实现加速度的高灵敏度、低噪声检测。
技术领域
本发明属于加速度测量技术领域,具体涉及一种高灵敏度低噪声加速度检测装置及方法。
背景技术
随着机械制造技术、电子电路技术和传感器技术的迅猛发展,加速度检测在人们的生产和生活中扮演着越来越重要的角色。目前,加速度计在诸多领域已经实现实用化、商品化发展,如信息技术、生物工程、惯性制导、汽车电子、消费电子、航空航天、地震勘测、运动控制和医疗等。开发高性能的加速度检测装置具有很高的发展前景和市场应用。
隧道磁电阻技术作为第四代磁传感技术近年来越来越受到重视,相比其他的磁电阻效应,隧道磁电阻效应具有更大的电阻变化率、更好的温度稳定性、更高的灵敏度、更好的线性度、更低的功耗。基于隧道磁电阻效应制成的磁传感器比目前主流的磁传感器——霍尔传感器具有更加优异的表现,基于隧道磁电阻效应有利于高性能加速度检测装置的开发。
加速度检测主要是利用加速度计检测物体运动的加速度。根据检测方式的不同,目前已有的加速度计有可分为电容式、压电式、压阻式、谐振式、隧穿电流式和光纤式等多种类型,但依然不能在较大的检测范围内实现较高的灵敏度,同时1/f噪声水平较高,无法满足实际需求,比如,隧穿电流式加速度计虽然能够达到很高的灵敏度,但其检测区间十分狭窄,严重限制了它的实际应用,因此开发一款灵敏度高、1/f噪声水平低、检测范围大的加速度检测装置变得尤为重要。
发明内容
为了克服上述问题,本发明提供一种高灵敏度低噪声加速度检测装置及方法,是通过梁并联实现高灵敏度、利用磁场高频调制方法实现低1/f噪声和引入电磁力负反馈宽化检测范围的加速度检测装置及方法,能够实现加速度的高灵敏度、低噪声检测。
一种高灵敏度低噪声加速度检测装置,包括底板1、保护外壳2、磁屏蔽罩3、平行梁振子4、主永磁铁5、隧道磁电阻传感元件6、磁场调制部分7、平行梁振子4、负反馈永磁铁、负反馈线圈、支撑体和负反馈线圈支撑;
其中保护外壳2扣合并螺栓连接在底板1上,支撑体固定在保护外壳2内部的底板1上,且在支撑体与保护外壳2之间设有磁屏蔽罩3,平行梁振子4位于支撑体中部;
平行梁振子4包括框架41和左右对称设置的两个平行梁单元,两个平行梁单元拼接在一起后固定在框架41内,平行梁单元包括横向平行梁42、纵向平行梁43和负反馈磁铁支撑44,其中负反馈磁铁支撑44的上下两端分别固定有一个横向平行梁42,负反馈磁铁支撑44的一侧固定有一个纵向平行梁43;
负反馈磁铁支撑44的上下表面分别固定有上负反馈永磁铁9和下负反馈永磁铁8,上负反馈永磁铁9和下负反馈永磁铁8的外围分别设有上负反馈线圈11和下负反馈线圈10,上负反馈线圈11和下负反馈线圈10分别通过上负反馈线圈支撑14和下负反馈线圈支撑15螺栓连接在支撑体上;
平行梁振子4中两个平行梁单元中负反馈磁铁支撑44的交接处固定有主永磁铁5,磁场调制部分7和电路部分支撑17依次固定在主永磁铁5后侧的支撑体上,隧道磁电阻传感元件6和电路部分16分别固定在磁场调制部分7和电路部分支撑17之间的电路部分支撑17前后两端,且隧道磁电阻传感元件6和电路部分16之间通过导线连接;
磁场调制部分7包括悬臂梁704,悬臂梁704的前端下方贴有高磁导率软磁薄膜708,高磁导率软磁薄膜708正对着隧道磁电阻传感元件6,悬臂梁704后端上方依次贴有金属电极层一703、压电层一702和金属电极层二701,悬臂梁704后端下方依次贴有金属电极层三705、压电层二706和金属电极层四707;
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